Bài giảng Cấu trúc máy tính - Bài 5: Bộ nhớ ngoài

Mời các bạn cùng tham khảo "Bài giảng Cấu trúc máy tính - Bài 5: Bộ nhớ ngoài" để nắm được khái niệm, cấu trúc bộ nhớ ngoài và cấu trúc đĩa từ; biết cách quản lý bộ nhớ ngoài, chức năng hệ thống file.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cấu trúc máy tính - Bài 5: Bộ nhớ ngoài Bài 5: Bộ nhớ ngoài BÀI 5: BỘ NHỚ NGOÀI Nội dung  Đĩa từ.  Hệ thống tệp (file). Mục tiêu Thời lượng học  Nắm được khái niệm, cấu trúc bộ nhớ  8 tiết. ngoài và cấu trúc đĩa từ.  Biết cách quản lý bộ nhớ ngoài, chức năng hệ thống file. IT101_Bai 5_v1.0010110225 111 Bài 5: Bộ nhớ ngoài TÌNH HUỐNG DẪN NHẬP Tình huống Bộ nhớ trong (bộ nhớ thực) là bộ nhớ ngắn hạn, dung lượng hạn chế. Trong khi nhu cầu lưu trữ các cơ sở dữ liệu đòi hỏi khả năng lưu trữ lâu dài, dung lượng lớn. Phục vụ cho nhu cầu này là bộ nhớ ngoài. Có nhiều công nghệ, thiết bị lưu trữ khác nhau phục vụ cho mục đích này: đĩa từ (đĩa mềm, đĩa cứng), flash, CD-ROM, DVD, … Trong đó, thiết bị được sử dụng phổ biến nhất là đĩa từ. Câu hỏi Cấu tạo của đĩa từ? Tại sao truy cập đĩa từ chậm hơn nhiều so với truy cập bộ nhớ thực? Dữ liệu lưu trên đĩa từ được tổ chức thế nào? Làm thế nào để truy cập? 112 IT101_Bai 5_v1.0010110225 Bài 5: Bộ nhớ ngoài 5.1. Đĩa từ Sự chậm chạp của các hệ thống đa nhiệm thường do việc sử dụng không đúng các thiết bị lưu trữ ngoại vi như đĩa từ, trống từ,.... Trong chương này chúng ta sẽ xem xét một số phương pháp trong việc điều khiển các thiết bị đó. Chúng ta sẽ phân tích sự làm việc của đĩa từ, xem xét các nguyên nhân dẫn đến làm việc không hiệu quả, phân tích các biện pháp nâng cao hiệu suất – so sánh sự giống nhau, khác nhau cũng như ưu, khuyết điểm của chúng – về phương diện tốc độ. 5.1.1. Cấu tạo đĩa từ Trên hình 5.1.1a biểu diễn sơ đồ của ổ đĩa cứng với các đầu từ di động. Dữ liệu được ghi trên các mặt đĩa phủ từ, các đĩa này được gắn chặt vào một trục chung và quay với tốc độ rất cao (3600 vòng/ phút– 7200 vòng/ phút). Việc truy cập dữ liệu (đọc hay ghi) được thực hiện với sự giúp đỡ của các đầu từ đọc/ghi, mỗi mặt đĩa có một đầu từ. Đầu từ chỉ có thể truy cập dữ liệu trên mặt đĩa nằm trực tiếp ngay dưới (trên) nó. Do đó để có thể truy cập đến dữ liệu, vùng đĩa chứa dữ liệu phải dịch chuyển trong quá trình quay sao cho nó nằm Hình 5.1.1a trực tiếp dưới đầu từ. Thời gian cần thiết để dịch chuyển (quay) vùng bề mặt đĩa đến dưới đầu từ gọi là 'thời gian trễ' (Latency). Mỗi đầu từ, nếu như nó không dịch chuyển vẽ nên trên bề mặt đĩa (đang quay) đường tròn (Track) trên đó có thể lưu dữ liệu. Tất cả các đầu từ được gắn trên khối định vị. Khối định vị với các đầu từ có thể dịch chuyển theo bán kính các đĩa. Với việc dịch chuyển đầu từ đến vị trí mới, chúng ta có thể truy cập đến nhóm các rãnh (Track) khác nhau. Nhóm các Track nằm dưới tất cả các đầu từ đọc/ghi trong một vị trí nào đó của khối tạo thành Cylinder. Quá trình dịch chuyển đầu từ đến Cylinder mới gọi là thao tác tìm Cylinder (Seek). Như thế, để có thể truy cập đến dữ liệu trên đĩa với các đầu từ đọc/ghi nói chung cần thực hiện một vài thao tác (hình 5.1.1b). Trước tiên các đầu từ cần phải được định vị trên Cylinder cần thiết (Seek Cylinder). Sau đó cần phải chờ đến khi điểm bắt đầu của bản ghi đến đúng vị trí dưới đầu từ (tìm bản ghi–gắn với thời gian trễ), tiếp theo là bản thân bản ghi, về nguyên tắc có thể có kích thước tuỳ ý Hình 5.1.1b. Các thành phần thời gian khi truy cập (đến toàn bộ rãng–Track), cần phải đi qua dưới đầu từ (gọi là thời gian truyền– Transmission Time). Bởi vì tất cả các thao tác trên đều gắn với chuyển động cơ học, thời gian tổng cộng cần để truy cập đến IT101_Bai 5_v1.0010110225 113 Bài 5: Bộ nhớ ngoài thông tin chiếm tới 0,01–0,1 s. Ngày nay các ổ đĩa cứng có thời gian truy cập ngẫu nhiên trung bình 8–12ms. ta thấy khoảng thời gian đó là rất lớn nếu so sánh với tốc độ của bộ xử lý. Sự cần thiết phải Planning Trong các hệ đa nhiệm, cùng lúc có thể có nhiều Process hoạt động và chúng có thể có yêu cầu truy cập đĩa. Bởi các Process thường sinh các yêu cầu nhanh hơn nhiều khả năng phục vụ của các thiết bị ngoại vi, do đó với mỗi thiết bị có một hàng đợi các yêu cầu. Trong một số các hệ thống các yêu cầu này được phục vụ theo nguyên tắc FCFS (First Come – First Served). Nguyên tắc FCFS là cách phục vụ đúng, nhưng khi số yêu cầu lớn thì nó có thể dẫn tới thời gian trễ lớn. Phương pháp FCFS có đặc điểm là tìm kiếm ngẫu nhiên, trong đó các yêu cầu lần lượt có thể tạ ...